CC BY
94
УДК 616.718.41:616-092.9
П.Ф. Переслыцких, Л.В. Родионова, В.Н. Федчишин, B.F. Дубешко
МОРФОЛОГИЯ КОСТНО-ХРЯЩЕВОЙ ТКАНИ ГОЛОВКИ БЕДРЕННОЙ КОСТИ В ОНТОГЕНЕЗЕ ЗОЛОТИСТЫХ ХОМЯЧКОВ, БЕЛЫХ КРЫС И ЧЕЛОВЕКА
НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН (Иркутск)
Цель работы — выявить вид грызунов, у которых развитие проксимального конца бедренной кости было бы. близко к таковому у человека, то есть заканчивалось бы. сращением, головки, и диафиза. Для
достижения цели проведено гистологическое изучение бедренных костей 2 видов грызунов: золотистые хомячки (24 шт.), белые крысы. (26 шт.) и. кости 4 плодов человека. При. сравнении морфологической картины, развития их бедренных костей было выявлено, что динамика ее формирования у хомяков стоит, ближе к онтогенезу ее у человека, так как заканчивается, сращением, головки, и. шейки бедра. Это позволяет, осуществить изучение заболеваний, связанных с расстройством, функций эпифизарной, пластинки, способствующих развитию хондроостеодисплазий.
Ключевые слова: головка бедра, ростковая пластинка
MORPHOLOGY OF OSTEOCHONDROUS FEMORAL HEAD IN ONTOGENESIS OF GOLDEN HAMSTER, WHITE RATS AND A HUMAN
P.F. Pereslitskikh, L.V. Rodionova, V.N. Phedchishin, V.R. Dubeshko SC RRS ESSC SB RAMS, Irkutsk
The aim. of the study was to identify species of rodents in which, the development of proximal end of femoral bone was close to that in human being, i.e. ended, up by union of the head and diaphysis. To achieve this goal we carried out histological study of femoral bones of two species of rodents: golden, hamster (Mesocricetus auratus) (24 animals), white rats (26 animals) and. bones of 4 human fetuses. Comparison, of morphology of femoral bone development revealed, that dynamics of its formation in hamsters is closer to its ontogenesis in humans as it ends up by union of head and. neck of femur. All this makes possible to study the diseases connected, with, disturbed, functions of epiphysial plate promoting osteochondrodysplasia development.
Key words: femoral head, growth plate_______________________________________________________
В связи с необходимостью моделирования разных заболеваний скелета, в частности, эпифизарных дисплазий в области бедра, следует знать состояние хряща эпифизов в разные возрастные периоды животных, чтобы сравнить их с аналогичными участками растущей кости у человека. Кроме того, необходим выбор животных, у которых развитие элементов тазобедренного сустава по характеру формирования приближалось бы к таковому у человека; выбор, который был бы экономически менее затратным, как и менее длительным по времени.
Известно, что человек относится к млекопитающим с недостаточно зрелым скелетом при рождении [7]. Эволюционно это явление отмечено и у более ранних видов животных, например, у грызунов, плотоядных млекопитающих [2]. Но существуют животные и с более зрелым скелетом при рождении, например, представители мелкого и крупного рогатого скота, свиньи и т.д. [1]. Для них характерно наличие костных ядер в эпифизах длинных костей в период внутриутробного развития или в ближайшие дни после рождения.
В то же время в каждом отряде млекопитающих, например, грызунов, можно выделить животных, у которых при рождении и после него степень зрелости скелета выражена больше, чем у других животных этого отряда, например, кролик и заяц, крыса и хомяк и т.д.
Но независимо от вида животных и особенностей развития скелета головка бедра всегда «запаздывает» по степени своего развития от эпифизов других костей животных и особенно человека.
Учитывая изложенное, для сравнения зрелости скелета в разные периоды онтогенеза были изучены бедренные кости некоторых грызунов: золотистых хомяков, белых крыс, а также человека.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В исследовании использовано 24 хомяка, 26 белых крыс и бедренные кости 4 плодов человека.
После эвтаназии грызунов в разном возрасте передозировкой паров эфира выполняли вычленение костей таза. Их помещали на 7 дней в 10% раствор нейтрального формалина. После декальцинации, обезвоживания и заливки в целлоидин делали срезы, которые окрашивали гематоксилином-эозином и заключали в канадский бальзам. Изучение срезов осуществляли с помощью микроскопической насадки при об. 8, ок. 15.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
У новорожденного хомячка длина бедренной кости равна 6 мм. Центральная часть ее диафиза состоит из костной ткани, к концам прилегает хрящевая ткань, ограниченная снаружи кортикальными пластинками. От внутренних сторон концов кортикальных пластинок веерообразно расходятся ровные слои хондроцитов, формирующих ростковую пластинку толщиной до 0,5 мм, в которой отмечено начало появления столбчатой зоны. Ниже этой зоны пластинки роста лежит зона гипертрофированных клеток, то есть пузырчатая зона. Еще ниже лежит зона хрящевых клеток, подвергающихся апоптозу и замещению костными балками. Выше столбчатой зоны ростковой пластинки хондроци-ты расположены вначале ровными продольными слоями, затем — несколько хаотично группами и поодиночке. У суставной поверхности они вновь образуют ровные продольные слои. Здесь же видна круглая связка длиной 0,4 мм. Она представлена параллельными рядами плоских вытянутых клеток.
Над ростковой пластинкой в центре головки высотой 0,7 мм и шириной 1,2 мм лежит овальная «полость» площадью 0,2 х 0,3 мм (рис. 1). Она представлена слабо базофильными клетками диаметром до 30 мкм. Эти немногочисленные клетки окружены слоями мелких клеток. Бледная окраска гипертрофированных хондроцитов на фоне мелких базофильных клеток и создает картину «полости» в головке бедра над ростковой пластинкой.
Спустя 3 дня после рождения форма головки бедра становится более округлой, имеет высоту
0,85 мм и ширину 1,3 мм. Морфологически структура тканей головки почти повторяет таковую в день рождения. Наряду с этим отмечено удлинение круглой связки до 0,7 мм, а ее косое расположение относительно поверхности головки и впадины говорит о перемещении головки относительно центра впадины. Клетки круглой связки стали более округлыми, лежат ровными рядами и проникают в толщу хряща. Над верхней поверхностью ростковой пластинки виден очаг светлых гипертрофированных хондроцитов, образующих «полость» площадью 0,1 х 0,25 мм (рис. 2).
На 5 день в центре головки над ростковой пластинкой отмечено наличие светлой «полости» и образование вокруг нее ободка из клеток, склонных к гипертрофии. Если «полость» состоит из клеток диаметром до 20 мкм, в ободке их диаметр около 12 мкм, при длине клеток, лежащих выше ободка до 8 мкм.
На 7 день отмечено дальнейшее увеличение размеров головки, а также ее клеток независимо от места их локализации.
Спустя 14 дней высота головки равна 1,2 мм, ширина — 1,8 мм. Ее основная площадь занята крупными клетками. К ней сверху прилегает ободок шириной до 0,3 мм, состоящий из мелких клеток. Прилегающая к ним круглая связка содержит ровные ряды овальных клеток и имеет длину до 1,1 мм. Она лежит в косой плоскости, что говорит о продолжающемся ее смещении относительно первичной точки крепления во впадине и приближении ее к поперечной связке впадины. Над ростковой пластинкой в центре головки лежит овальная «полость» площадью 250 х 350 мкм (рис. 3), в которой видны светлые клетки с сохраненными оболочками. Толщина ростковой пластинки равна 0,3 мм. Из них высота спокойной зоны — 50 мкм, столбчатой — 150 мкм, пузырчатой — 100 мкм.
С 15 по 24 день после рождения отмечено дальнейшее увеличение площади гипертрофированных клеток вокруг «полости», образованной светлыми гипертрофированными хондроцитами.
На 25 день отмечено врастание сосудистой почки в головку бедренной кости со стороны большого вертела. От «полости» из светлых хондроцитов начинают отходить вдоль ростковой пластинки узкие светлые каналы к краям головки. Она содержит «полость» диаметром 350 мкм (рис. 4), в которой лежит базофильно окрашенная масса с наличием в ней межклеточных перегородок длиной до 50 мкм, что говорит об аутолизе гипертрофированных клеток, так как около них не отмечено наличия макрофагов.
Спустя 26 дней в головке видна «полость» диаметром 0,3 мм, лежащая над ростковой пластинкой высотой 1,5 и шириной 2,5 мм. Толщина ободка гипертрофированных клеток вокруг нее увеличивается. На одном из срезов видна «полость» и сосудистая почка, лежащие поверх ростковой пластинки.
На 27 день в головке видна «полость» диаметром до 0,2 мм. К ней со стороны большого вертела поверх ростковой пластинки движется ростковая почка.
Через 4 недели после рождения у края суставной полости над ростковой пластинкой в зоне мик-роциркуляторной сети, идущей со стороны большого вертела, видны тонкие костные балочки, формирующие костное ядро и занимающие 2/3 площади головки. На другом срезе этого же препарата костное ядро распространяется вдоль всей длины ростковой пластинки.
В возрасте месяца высота головки бедра хомяка равна 1,5 мм, ширина — 2,6 мм. Вокруг костного ядра гипертрофированные клетки образуют ободок толщиной 0,4 — 0,6 мм. При этом в нем можно выделить 3 слоя клеток: поверхностный — толщиной до 50 мкм, состоящий их мелких клеток. Ниже лежит слой толщиной до 100 мкм, состоящий из крупных округлых клеток, и непосредственно вокруг костного ядра лежит слой наиболее крупных хондроцитов, подвергающихся апоп-тозу и замещению костной тканью.
У особи в возрасте 40 дней головка бедренной кости имеет высоту 1,05 мм, ширину — 2,8 мм и состоит в основном из губчатой костной ткани, покрытой суставным хрящом толщиной до 200 мкм. В центре головки, лежащей на пластинке роста, видна полость диаметром до 0,5 мм. В нее от ростковой пластинки врастает участок хряща в виде выступа высотой до 0,3 мм. Он окружен слоем крупных клеток, отделяющих выступ от костного ядра (рис. 5).
В возрасте 2 мес. головки представлены костной тканью, состоящей из костных балок разной толщины и костномозговых полостей разной площади, заполненных кроветворным костным мозгом. Головка покрыта суставным хрящом толщиной 100 мкм.
В последующие 9—12 мес. в головках не выявлено «полостей», так как хрящевая ткань полностью вытеснена костной тканью.
Динамика развития бедренной кости у белых крыс, в частности строение и кровоснабжение ее верхнего конца в онтогенезе изложена в ряде работ автора [4, 5]. Однако в них не детализировано состояние хряща до периода появления костного ядра в головке бедра, что требует дополнительного описания структуры головки в связи с вновь поставленными задачами.
У новорожденных крысят головки бедер округлые, состоят из гиалинового хряща. На срезах он представлен мелкими клетками, равномерно распределенными по всей головке. Она лежит на ростковой пластинке, включающей спокойную, столбчатую и пузырчатую зоны. Для них характерно плотное расположение клеток.
В последующие 14 дней отмечено увеличение головки. Клетки ее сохраняют небольшой диаметр, но ближе к ростковой пластинке они склонны к его увеличению.
На 16 день жизни в центральной области головки над ростковой пластинкой отмечено появление разрозненных клеток диаметром 15 мкм. Они окружены мелкими хондроцитами.
Рис. 1.
Рис. 2
■ : Ш Ж вгЯ }. ҐИЖІіЯїиШмН! ЯР
Рис. 3. Рис. 4.
Рис. 1-5. Формирование «светлых полостей» в головках бедренных костей золотистых хомячков: рис. 1 - новорожденный хомячок, рис. 2 - в возрасте 3 дней, рис. 3 - 14 дней, рис. 4 - 25 дней, рис. 5 - 40 дней. Стрелка указывает наличие «светлой полости». Окраска гематоксилин-эозином. Ув. х40.
Рис. 5.
На 17 — 18 дни жизни в центре головки виден участок площадью 0,3 х 0,5 мм, представленный округлыми гипертрофированными клетками диаметром до 20 мкм. Вокруг них расположены поодиночке и изогенными группами мелкие хондроциты.
Через 28 — 35 дней головка представлена гипертрофированными клетками, равномерно распределенными почти по всей поверхности среза, за исключением краевой зоны, где идет формирование суставного хряща. Гипертрофированные клетки лежат почти по всей поверхности вдоль
ростковой пластинки толщиной 400 — 450 мкм. В этот же период отмечен рост сосудов, идущих из диафиза в эпифиз, где они входят в зону гипертрофированных клеток.
Через 75 дней после рождения в головке бедренной кости, как правило, появляются небольшие участки костной ткани, располагающиеся над ростковой пластинкой толщиной до 140 мкм.
Спустя 3 мес. после рождения головка почти вся состоит из губчатой кости, покрытой суставным хрящом высотой 150 мкм.
Рис. 6. Рис. 7.
Рис. 6-7. Сосуды в головке бедра плода человека 14 (рис. 6) и 38 недель (рис. 7): А - сосуды, Б - пластинка роста. Окраска гематоксилин-эозином. Ув. х40.
В возрасте животных 6—18 мес. головка в виде полумесяца покрывает поверхность шейки и имеет высоту 2 мм и ширину 3,6 мм. Она лежит на пластинке роста, уменьшающейся с 140 мм до 80 — 90 мкм, состоящей из клеток диаметром 15 — 20 мкм.
Исследование препаратов плодов человека в возрасте 14, 26, 28 и 38 недель [6] показало, что в центральной зоне диафиза лежит участок костной ткани, к его концам прилежит хрящевая ткань. В области прилежания хрящ имеет зону пузырчатых клеток, затем идет столбчатая зона, далее клетки расположены хаотично и переходят в зону округлой головки бедра. По всей площади хряща верхнего конца бедренной кости и у входа круглой связки в хрящ видны сосуды. При входе в хрящ из перихондра и в толще хряща они имеют разный диаметр и длину, при этом вокруг них нет гипертрофированных хондроцитов (рис. 6). По ходу сосудов клетки хряща лизированы на толщину диаметра сосудов независимо от их диаметра. Наличие гипертрофированных клеток выявлено лишь в ростковой пластинке диафиза.
В возрасте плода 38 недель ростковая пластинка все еще остается общей для всех элементов растущего эпифиза: вертелов, шейки и головки. Общей для всех элементов эпифиза ростковая пластинка остается и некоторое время после рождения ребенка. В этот период пластинку роста пересекают сосуды, идущие из диафиза в эпифиз (рис. 7). Исходя из этой картины можно сделать вывод, что в плодный период только наличие сосудов не определяет возможность развития костного ядра в головке бедра. Наличие других факторов остеогенеза, кроме сосудов, после рождения плода и появление костного ядра в головке бедра определяет возможность стимулировать остеогенез воздействием физических факторов до момента сращения эпифиза с диафизом бедра у человека, которое происходит у него в 17 — 20 лет [3], у хомяков — в 2,5 мес., а у крыс отсутствует.
ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
Анализ данных проведенных исследований позволяет отнести хомяков к животным, у которых зрелость скелета при рождении более высокая, чем у крыс. Это основано на более раннем появлении у них: очага гипертрофированных клеток в головке бедра, врастания сосудов в нее из диафиза, формирования костного ядра в головке бедра и ее сращения с диафизом. Очаг гипертрофии клеток в головке бедра у крыс появляется спустя 2,5 недели после рождения, а не сразу, как у хомяков. Это же относится и к костному ядру головки. У хомяков оно определяется через месяц, у крыс — через 2,5 мес. после рождения, у человека через 5 — 8 мес. и более. Основным отличием в зрелости головки бедра между крысами и хомяками заключается в том, что у хомяков, как и у человека, происходит сращение головки с диафизом бедра, а у крыс пластинка роста сохраняется на всю ее жизнь. Это не позволяет использовать крыс для моделирования хондроостеодисплазий, так как отсутствие сращения головки с шейкой не позволяет проследить динамику изменений в костной ткани ввиду ее отсутствия в проекции пластинки роста. У хомяков не только происходит сращение головки с шейкой, но происходит это за 2,5 мес., что экономически выгодно. В ходе исследования было также установлено, что сосуды у хомяков проникают в головку бедра из зоны концов кортикальных пластинок диафиза, у крыс сосуды кроме этого могут идти через пластинку роста и круглую связку. У человека сосуды входят в головку, как и у крыс, но в области головки они проникают по всей ее поверхности, не исключая вертелов и шейки.
Таким образом, проведенное исследование позволило достичь поставленной цели и обосновать возможность использования золотистых хомячков для проведения последующих исследований по моделированию эпифизарных дисплазий, что необходимо для профилактики и лечения хондроостеодисплазий у человека.
ЛИТЕРАТУРА
1. Воккен Г.Г. Основные закономерности окостенения скелета туловища и конечностей домашних животных / Г.Г. Воккен // Арх. анат. — 1968.
- Вып. 7. - С. 8-13.
2. Воккен Г.Г. Степень дифференцированно-сти костного скелета у различных грызунов при рождении / Г.Г. Воккен // проблемы современной биологии: Изд-во Моск. ун-та, 1964. — С. 425-430.
3. Воробьев В.П. Анатомия человека / В.П. Воробьев. - М.: Медицина, 1932. - Т. 1. - 782 с.
4. Переслыцких П.Ф. О взаимосвязи сосудов и костного ядра в головке бедра / П.Ф. Переслыцких, Т.М. Колбовская // Актуальные проблемы
морфологии: Сб. научн. тр. — Красноярск, 2004.
- С. 217-218.
5. Переслыцких П.Ф. Строение верхнего конца бедренной кости в онтогенезе крыс / П.Ф. Переслыцких, Т.М. Колбовская, Л.А. Иванова // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. - Иркутск, 2003. - № 1. - Т. 1.
- С. 172-176.
6. Сосуды и ростковая пластинка бедренной кости / П.Ф. Переслыцких, Л.А. Иванова, Н.Г. Макарова, Л.А. Петрова // Матер. Всероссийского конгресса «Человек и здоровье». - Иркутск, 2004.
- С. 142-144.
7. Физиология плода и детей / А.С. Батуев, В.Д. Глебовский, В.А. Жданов, К.П. Иванов и др. -М.: Медицина, 1988. - 224 с.
